精馏塔时滞过程的分数阶PI~λD~μ控制器设计

本文针对精馏塔不稳定时滞过程,提出一种基于设定值加权的分数阶PI~λD~μ控制器设计方法。首先采用比例环节构成内环反馈镇定不稳定时滞过程,然后基于等效的过程模型,依据设定值加权方法设计分数阶PI~λD~μ控制器,并进行了控制器参数整定。仿真结果表明：分数阶PI~λD~μ控制器可以使精馏塔不稳定时滞过程系统获得良好的动态响应特性,干扰抑制特性以及克服系统参数变化的鲁棒性。

分数阶PI~λD~μ控制器控制性能分析

分数阶微积分理论在控制理论中的应用就是分数阶控制理论。工业中的控制系统大多是分数阶的系统,而在实际建模中考虑的控制系统往往都是整数阶的。其复杂性导致人们忽略了系统本身的真实性,从而将其视为近似于整数阶的系统。随着分数阶微积分计算方法的改进和计算机技术的不断发展,将分数阶微积分理论应用于控制理论和实际控制成为现实。仿真实验证明:用分数阶PI~λD~μ控制器控制的分数阶系统对象模型可取得比整数阶控制器更好的动态性能和鲁棒性;微分阶次μ和积分阶次λ影响控制系统的精度和稳定性。

分数阶PID控制器及其数字实现

提出一种新的比例、积分、微分(PID)控制器——分数阶PID控制器(包含分数阶积分器和微分器),把传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不但适合于分数阶系统,也适用于某些整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果.给出了分数阶PID控制器的一种数字实现形式,运用Grünwald-Letnicov分数微积分定义,取有限项作近似处理,从而可以直接在时域中运用Z变换方法来计算分数阶PID控制器.仿真结果证明了所给方法的有效性.

分数阶PID控制器在火电厂锅炉汽包水位控制中的应用研究

基于有理函数逼近理论,结合对数幅频特性渐近线思想构造出了分数阶积分算子、分数阶微分算子的逼近函数,将此理论应用于分数阶PID控制器,并将此控制器用于锅炉汽包水位的控制中.仿真结果表明,分数阶PID控制器比传统的整数阶PID控制器以及模糊PID控制器对汽包水位的控制系统具有更好的控制品质.

基于粒子群优化算法的模糊神经分数阶PID电子节气门控制器设计

针对汽车电子节气门的精确跟踪控制问题,建立了面向控制器设计的非线性模型,分析了摩擦非线性以及LH非线性对电子节气门位置的影响。采用模糊神经分数阶PID控制方法设计了电子节气门非线性控制器,并利用粒子群优化算法对控制器参数进行优化。最后将扰动考虑在内进行了仿真实验,仿真实验表明基于模糊神经分数阶PID的控制方法能够很好地实现电子节气门控制。

参数自适应教与学优化分数阶PID控制器设计

本文针对分数阶PID控制器调节参数多、人工调参难度较大的问题,提出了参数自适应教与学优化分数阶PID控制器设计方法。分数阶PID控制器参数寻优过程引入种群适应度方差表征种群的“聚集程度”,将影响算法收敛速度和收敛精度的教学因子设计成种群适应度方差的函数,使其在算法迭代过程中根据种群的“聚集程度”自适应调节算法收敛速度。当种群聚集程度高时,提高教学因子取小值的概率,增强种群的多样性;当种群聚集程度低时,提高教学因子取大值的概率,提高算法的收敛速度。通过仿真验证,本文提出的参数自适应分数阶PID控制器控制整数阶系统、分数阶系统均可获得优良的控制效果,与参考文献设计的控制器相比在动态性能上有显著提升,参数自适应分数阶PID控制器较整数阶PID控制器在响应速度上提高69.8%,超调量减少92.6%,稳态误差减小32.4%。

气动调节阀最优分数阶PID控制器设计

针对工业控制过程气动调节阀阀位控制中非线性,模型不精确等问题,提出一种基于分数阶PID控制器(fractional order PID controller, PI~λD~μ)的阀位控制方法。分析气动调节阀工作原理并建立其数学模型,为提高模型准确性,针对分数阶PID控制器参数整定范围广、复杂性高等问题,提出一种改进量子粒子群算法(improved quantum particle swarm optimization, IQPSO)整定分数阶PID控制器参数,引入混沌映射和非均匀高斯变异增强算法寻优能力,将改进算法用于调节阀控制系统模型辨识。仿真与试验结果表明,相比于整数阶PID控制器,所设计的分数阶PID具有更快的响应速度和控制精度,能更好地满足气动调节阀阀位控制要求。

分数阶积分时滞过程的内模PID控制器整定方法

针对分数阶积分时滞过程,提出了一种内模PID控制器的设计与整定方法。将内模控制(internal model control,IMC)方法推广应用于分数阶系统,采用一阶泰勒级数逼近时滞环节,导出了一种分数阶内模PID控制器,该控制器仅有一个可调参数,且该参数与系统的动态响应特性及鲁棒性直接相关,并采用一种鲁棒性能指标实现了控制器参数的解析整定。仿真结果表明:分数阶内模PID控制器设计方法简单,参数整定方便,而且可使系统具有良好的目标值跟踪特性、扰动抑制特性以及克服参数变化的鲁棒性。

神经网络分数阶PID控制器在纸浆浓度控制中的应用

分数阶PID控制器继承了常规PID控制器的优点,并且具有更高的控制精度和更强的鲁棒性。针对常规PID控制器在纸浆浓度控制过程中存在的问题,设计了一种基于神经网络的分数阶PID控制器。用分数阶PID控制器代替常规PID控制器,并通过神经网络调节分数阶PID控制器的5个控制参数,实现一种参数自整定的PID控制器。仿真实验结果表明,神经网络分数阶PID控制器比常规PID控制器的控制精度高,对纸浆浓度的控制更稳定;采用神经网络分数阶PID控制器控制纸浆浓度是切实可行的,具有很好的推广应用前景。

新型分数阶PID控制器及其仿真研究

提出了一种新的比例、积分、微分PID控制器,将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不仅适用于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能取得一些优于整数阶PID控制器的效果.用滤波方法进行分数阶的微积分运算,直接求出传递函数,用Matlab/Simulink构造了PID模型,可直接在其他仿真系统中调用.仿真结果证明了所给方法的正确性.

基于神经网络的分数阶PID控制器在磨矿分级系统中的应用研究

磨矿分级过程机理复杂,存在惯性大、滞后时间长、参数时变、非线性等影响因素,难以建立精确实用的数学模型,随之带来的控制效果也不理想,针对此提出基于BP神经网络的分数阶PID控制的系统模型。仿真结果表明,该控制模型具有收敛速度快、无超调量、鲁棒性强等特点,并能提高磨机的效率和选矿厂的经济效益。

空调房间温度模糊分数阶PID控制器的设计

针对具有大时滞、大惯性和时变等动态特性的空调房间对象,综合模糊控制与分数阶PID控制理论,提出了模糊分数阶PID室温控制器的设计方法。首先,对于空调房间温度对象,进行数学建模。然后,运用模糊控制规则,获取相应的分数阶PID室温控制器的控制参数,从而构建出空调房间温度的模糊分数阶PID控制系统。并且,通过数值仿真对其进行验证。结果表明,该模糊分数阶PID室温控制器是可行的,与分数阶PID控制器相比,具有更好的控制性能。

分数阶PID控制器在LabVIEW中的实现

介绍了基于分数阶微积分基本理论和调用动态链接库技术实现在LabVIEW中使用分数阶PID控制器的方法。通过工程实例验证:该方法可以准确地描述分数阶PID控制器。

基于人工鱼群算法的分数阶PI~λD~μ控制器设计

针对分数阶PID控制器参数整定的复杂性,提出一种新的基于人工鱼群算法的分数阶PID控制器设计方法。首先,对一般人工鱼群算法进行了改进,通过限定人工鱼群初始位置为缩短搜索时间,以避免因迭代次数不够而导致陷入局部极值的情况。此外,通过引入新的广义误差绝对值乘时间积分准则(GITAE),以克服单纯的ITAE误差优化准则存在幅值稳定裕度不够的缺陷。其次,给出基于改进人工鱼群算法的分数阶PID控制器的设计方法。最后,将其应用于具有分数阶模型的电站超临界机组燃料量与中间点压力的热工过程控制系统的设计中,并与传统的整数阶PID控制器和单纯形法优化后的分数阶PID控制器进行性能比较。仿真结果表明,基于人工鱼群算法的分数阶PID控制器品质较整数阶PID控制器出色,亦优于采用单纯形法优化的结果。

基于分数阶PID的宏微复合驱动器宏动控制策略

针对宏微复合驱动器控制系统中存在定位误差大和调节时间长的问题,提出了一种基于次最优分数阶PID的控制策略。简述了宏微复合驱动器结构及工作原理,并基于电磁驱动原理建立了宏动部分数学模型;设计了分数阶PID控制器,并采用遗传算法和次最优的方法对控制器进行参数整定;通过数值仿真和实验验证了分数阶PID控制器的有效性。结果显示,采用分数阶PID控制器相较于传统PID控制器在5 mm以及更大定位行程中位移超调量下降超过57%,调节时间减少超过24%,且行程越大驱动器采用分数阶PID控制器控制效果越明显。研究结果表明,分数阶PID控制器在宏微复合驱动器宏动系统中的控制效果明显优于传统PID控制器。

基于改进BBO算法的分数阶PID控制器设计

针对分数阶PID(Fractional-Order Proportional-Integral-Derivative,FOPID)控制器参数整定,提出了一种改进生物地理学优化(Biogeography-Based Optimization,BBO)算法。该算法改进点主要包括:迁移操作中保留精英个体;变异操作中引入差分进化(Dtferential Evolution,ED)算法的变异策略;消除重复样本。仿真结果表明:在分数阶PID控制器参数整定中,与原始的BBO算法、遗传算法(Genetic Algorithm,GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)比较,提出的改进BBO算法具有超调量小、误差小,收敛更快的特点。

分数阶PID控制器的研究与仿真

为了提高整数阶PID控制器的控制精度,将控制器的阶次推广到分数阶领域,可得到分数阶PIλDμ控制器模型。借助一种数字实现形式,在时域中直接运用z变换方法,可计算分数阶PIλDμ控制器。对实例的仿真结果表明,分数阶PIλDμ控制器具有更佳的控制效果,分数阶次的合适选取对控制质量的改善明显。控制器对系统参数的变化不敏感,结构更灵活,鲁棒性也更强。

基于半实物仿真技术的分数阶PID控制器

采用半实物仿真技术获得被控对象特性,进而得出系统传递函数。在此基础之上采用分数阶控制器的设计算法设计系统的分数阶控制器。并将该控制器与经典PID控制器进行仿真对比,结果表明:分数阶PID控制器较传统PID控制器,在对系统响应时间的调节上取得了较好的效果。

分数阶模糊免疫PID控制器的设计

为改善分数阶PID控制器的控制性能,借鉴整数阶模糊免疫PID控制器,把模糊免疫调节与分数阶PID控制器结合起来,设计了分数阶模糊免疫PID控制器。仿真结果表明了该方法的有效性,不但提高了分数阶PID控制器跟踪性能,而且还具有良好的鲁棒性和抗干扰性。

含有分数阶PID控制器的随机动力系统可靠性分析

随着粘弹性材料在工程结构中的广泛应用,刻画工程结构中粘弹性材料遗传特性和长记忆性的分数阶微积分成为研究的热点,特别是具有分数阶微积分特点的PID控制器更是从理论上和应用上受到关注.本文研究高斯白噪声激励下含有分数阶PID控制器的随机结构动力系统的可靠性问题.利用慢变过程的特征以及广义积分的性质,对分数阶PID控制器在数学上进行了近似处理,之后应用能量包络随机平均法确定了可靠性函数满足的后向Kolmogorov方程以及首次穿越时间统计矩满足的广义Pontryagin方程.结果表明:在分数阶控制器中,较小的分数阶α和较大的分数阶β均可以得到较为理想的可靠性结果,并且这些均与蒙特卡洛仿真结果一致,验证了方法的有效性和正确性.